DE102011080751A1

DE102011080751A1 - Rotor für einen Elektrogroßantrieb

Info

Publication number: DE102011080751A1
Application number: DE201110080751
Authority: DE
Inventors: Peter Tefert; Christoph Balzer; Peter Vogeley
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-14
Also published as: ES2549544T3; AU2012292991B2; WO2013020848A2; CN103748767B; DK2724449T3; KR20140066159A; CN103748767A; AU2012292991A1; EP2724449B1; WO2013020848A3; EP2724449A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Elektrogroßantrieb sowie einen Elektrogroßantrieb, der einen Stator und einen Rotor mit den erfindungsgemäßen Merkmalen aufweist. Der Rotor hat eine erste Welle, die in ihrem Endbereich einen ersten Flansch aufweist, der den Außenmantel der ersten Welle in Radialrichtung nach außen überragt. Weiterhin weist der Rotor eine in Axialrichtung der ersten Welle benachbarte zweite Welle auf, die in ihrem der ersten Welle zugewandten Endbereich einen zweiten Flansch aufweist, der den Außenmantel der zweiten Welle in Radialrichtung nach außen überragt. Ferner enthält der Rotor ein gitterförmiges Drahtgerüst, welches einen Steg aufweist, der sich in den Zwischenraum zwischen den beiden Flanschen erstreckt und mit den beiden Flanschen fest verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Elektrogroßantrieb sowie einen Elektrogroßantrieb, der einen derartigen Rotor aufweist.
Elektrogroßantriebe werden beispielsweise als Antriebsmotoren für Schiffe verwendet. Ein in der Praxis auftretendes Problem derartiger Elektrogroßantriebe besteht darin, dass für die Montage des Rotors auf der üblicherweise langen und schweren Propellerwelle ein hoher Kosten- und Logistikaufwand notwendig ist. Die einzelnen Komponenten des Rotors werden oftmals an verschiedenen Fertigungsstandorten, zu welchen eine Elektromotorenfabrik und eine Propellerfabrik gehören, hergestellt und dann zu einem anderen Standort transportiert, an welchem ein Zusammenbau der Komponenten erfolgt. Dabei entstehen abgesehen von den Kosten einer Anpassfertigung auch hohe Kosten für den Transport der einzelnen Komponenten. Weitere Probleme derartiger bekannter Elektrogroßantriebe bestehen in der Notwendigkeit künstlich vergrößerter teurer Schmiedeteile, beispielsweise einer sogenannten Ballenwelle, und aufwendigen Montagearbeiten auf einer Werft. Des Weiteren verhindern unterschiedliche Flanschdurchmesser und Leistungen der von verschiedenen Herstellern gelieferten Komponenten eine Standardisierung der Komponenten und damit des gesamten Elektrogroßantriebs.
Im Rahmen des Zusammenbaus eines Elektrogroßantriebs für ein Schiff werden beispielsweise die Komponenten einer Synchronmaschine auf einer Propellerwelle zwischen zwei Flanschen der Propellerwelle installiert. Dabei werden die Pole auf eine geschrumpfte Nabenkonstruktion oder eine künstlich vergrößerte Propellerwelle (Ballenwelle) geschraubt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Rotor für einen Elektrogroßantrieb sowie einen Elektrogroßantrieb anzugeben, bei denen die vorstehend beschriebenen Nachteile reduziert sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und einen Elektrogroßantrieb mit den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen eines Rotors mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2–5. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen eines Elektrogroßantriebs mit den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 7 und 8.
Die Vorteile der Erfindung bestehen im Wesentlichen darin, dass der Zusammenbau des Rotors und damit auch des gesamten Elektrogroßantrieb vereinfacht ist und der beim Stand der Technik anfallende hohe Kosten- und Logistikaufwand reduziert ist.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Zeichnungen. Es zeigt
1 eine perspektivische Skizze zur Veranschaulichung eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht eines vertikal geteilt ausgeführten Gehäuses, in welchem ein Elektrogroßantrieb angeordnet ist, und
3 eine Schnittdarstellung des in der 2 gezeigten Gehäuses mit darin angeordnetem Elektrogroßantrieb.
Die 1 zeigt eine perspektivische Skizze zur Veranschaulichung eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Der dargestellte Rotor 1 weist eine erste Welle 5, eine zweite Welle 6, ein gitterförmiges Traggerüst 3 und ein Blechpaket 2 auf. Die erste Welle 5 weist in ihrem der zweiten Welle 6 zugewandten Endbereich einen ersten Flansch 5a auf, der den Außenmantel der ersten Welle radial nach außen überragt. Die zweite Welle 6 weist in ihrem der ersten Welle 5 zugewandten Endbereich einen zweiten Flansch 6a auf, der den Außenmantel der zweiten Welle radial nach außen überragt.
Das gitterförmige Traggerüst 3 erstreckt sich zylinderförmig um die beiden Wellen und dient beim gezeigten Ausführungsbeispiel u. a. als Packvorrichtung für ein Käfigblechpaket 2 des Rotors. Des Weiteren weist das gitterförmige Traggerüst 3 einen sich radial nach innen erstreckenden Steg 4 auf, der sich in den Zwischenraum zwischen den Flanschen 5a, 6a der beiden benachbarten Wellen 5, 6 erstreckt und mit den genannten Flanschen fest verbunden ist. Zu diesem Zweck weisen die genannten Flansche und der Steg ein übereinstimmendes Bohrbild auf, so dass zu einer festen Verbindung des Steges 4 mit den beiden Flanschen 5a und 6a Bolzen durch die genannten Bohrungen geführt werden können.
Folglich ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel das gitterförmige Traggerüst 3 mittels des Steges 4, welcher zwischen den Flanschen 5a und 6a der beiden Wellen 5 und 6 unter Verwendung von Bolzen befestigt ist, drehfest mit den beiden Wellen 5 und 6 verbunden. Dies hat zur Folge, dass sich bei einem Drehen der Wellen das Traggerüst und die daran befestigten weiteren Komponenten mitdrehen. Aufgrund dieser festen Verbindung des Steges des Traggerüstes mit den Flanschen der beiden Wellen weist der beschriebene Rotor im Betrieb eine hohe mechanische Stabilität auf. Des Weiteren ist auf Grund dieser festen Verbindung auch eine feste Verbindung der beiden Wellen miteinander sichergestellt.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektrogroßantrieb um eine Asynchronmaschine, wobei deren aktives Rotorteil, bei dem es sich um ein verspanntes Käfigblechpaket der Asynchronmaschine handelt, auf das Traggerüst 3 aufgeschweißt ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektrogroßantrieb um eine Synchronmaschine, wobei deren aktives Rotorteil, bei dem es sich ebenfalls um ein verspanntes Käfigblechpaket handelt, auf das Traggerüst 3 aufgeschweißt ist. Gemäß einer dritten Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektrogroßantrieb um eine Schenkelpolmaschine, wobei deren aktives Rotorteil, bei dem es sich um die Pole bzw. Polsysteme und ein geeignetes Polrad der Schenkelpolmaschine handelt, auf das Traggerüst 3 aufgeschraubt sind. Gemäß einer vierten Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektrogroßantrieb um eine permanenterregte Synchronmaschine, wobei deren aktives Bauteil, bei dem es sich ebenfalls um die Pole bzw. Polsysteme der Synchronmaschine handelt, auf das Traggerüst aufgeschraubt sind bzw. bei dem die Magnete in ein verspanntes Blechpaket eingeschoben (oberflächennah vergraben) sind, das auf das Traggerüst 3 aufgeschweißt ist.
Der Rotor ist derart dimensioniert, dass der Innendurchmesser der die Wellen umgebenden Komponenten des Traggerüsts bzw. der von diesem gehaltenen Komponenten größer ist als der Flanschdurchmesser der Wellen, bei denen es sich vorzugsweise um Propellerwellen eines Schiffes handelt. Die beiden seitlichen Abschnitte, d. h. die in Axialrichtung der Wellen über die Bereiche der Flansche hinausragenden Bereiche des Traggerüsts und der von diesem gehaltenen Komponenten ragen über beide Flansche freitragend hinaus.
Wie bereits oben ausgeführt wurde weist der Steg 4 das gleiche Bohrbild auf wie die Flansche der Wellen. Er ist wie eine Art Distanzscheibe zwischen die beiden Flansche eingesetzt und mit diesen fest verbunden.
Bei einem Rotor mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen hat der Steg 4 die Aufgabe, die von der elektrischen Maschine eingeleiteten Momente (Booster) und die ausgeleiteten Momente (Generator) zu übertragen.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine robuste Asynchronmaschine, wie sie derzeit am Markt bevorzugt ist, kostengünstig gebaut werden kann. Unter anderem kann dabei auch ein Polrad, wie es bei herkömmlichen Asynchronmaschinen notwendig ist, eingespart werden. Des Weiteren muss der Steg lediglich die Drehmomente übertragen, die von der elektrischen Maschine erzeugt bzw. abgenommen werden. Das Moment der Hauptmaschine wird über die Bolzen übertragen, die zur Fixierung des Steges zwischen den beiden Flanschen der Wellen vorgesehen sind. Ferner entfallen Logistik und Transportprobleme, die im Falle einer Montage von Großkomponenten auftreten würden, da ein erfindungsgemäßer kompletter Rotor auf einer Werft montiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die beiden Wellen nicht exakt aufeinander abgestimmt sein müssen. Es müssen lediglich die Bolzen, die durch die Bohrungen der Flansche geführt sind, um die Breite des Steges verlängert werden. Schließlich erfordert die Asynchronmaschine keinen Schaltungsaufwand. Kommt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein mehrteiliges Gehäuse zum Einsatz, dann kann im Falle einer horizontalen Teilung des Gehäuses das Unterteil vorinstalliert werden und im Falle einer vertikalen Teilung des Gehäuses das Gehäuse von links und von rechts an die Motorkomponenten herangeführt werden. Die Verwendung eines mehrteiligen Gehäuses vereinfacht auch eine spätere Durchführung von Servicemaßnahmen. Ferner ermöglicht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine flexible Montageplanung.
In der 2 ist eine perspektivische Ansicht eines vertikal geteilt ausgeführten Gehäuses 8 gezeigt, in welchem ein Elektrogroßantrieb angeordnet ist. Das dargestellte Gehäuse 8 weist eine erste Gehäusehälfte 8a und eine zweite Gehäusehälfte 8b auf, die beispielsweise unter Verwendung von in der 2 nicht dargestellten Bolzen fest miteinander verbunden sind. Die in der 1 gezeigte zweite Welle 6 ist durch die Vorderwand des Gehäuses 8 nach außen hindurchgeführt. Ebenso ragt die in der 1 gezeigte erste Welle 5 durch die Rückwand des Gehäuses 8 nach außen hindurch. Oben auf das Gehäuse aufgesetzt ist ein weiteres Gehäuse 11, innerhalb dessen ein Luftwasserkühler 12 positioniert ist, sowie Lüftermotoren 9 und 10, die aus dem weiteren Gehäuse 11 nach vorne und hinten herausragen.
Ein Vorteil einer derartigen Ausbildung des Gehäuses besteht darin, dass der Transport, der Zusammenbau und auch der spätere Service des Elektrogroßantriebs erleichtert sind. Beim Zusammenbau des Gehäuses 8 können die beiden Gehäusehälften 8a und 8b in der 2 von links bzw. rechts um die im Inneren befindlichen weiteren Komponenten des Großantriebs herangeführt und dann miteinander verbunden werden.
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung des in der 2 gezeigten Gehäuses mit darin angeordnetem Großantrieb. Dieser weist außer dem bereits in der 1 gezeigten Rotor 1 auch einen Stator 13 auf, der mit dem Gehäuse 8 fest verbunden ist und unter anderem ein Statorblechpaket 13a und an dem Statorblechpaket in Axialrichtung bzw. stirnseitig aus diesem hinausragende Wickelköpfe 13b aufweist. Radial innerhalb dieses Stators 13 und durch einen Luftspalt von diesem getrennt ist der in der 1 gezeigte Rotor angeordnet, zu welchem das Traggerüst 3, das Blechpaket 2, der Steg 4, die erste Welle 5, die zweite Welle 6 und die Elektromagnete 7 gehören.

Claims

Rotor für einen Elektrogroßantrieb, mit – einer ersten Welle (5), die in ihrem Endbereich einen ersten Flansch (5a) aufweist, der den Außenmantel der ersten Welle in Radialrichtung nach außen überragt, – einer in Axialrichtung der ersten Welle (5) benachbarten zweiten Welle (6), die in ihrem der ersten Welle (5) zugewandten Endbereich einen zweiten Flansch (6a) aufweist, der den Außenmantel der zweiten Welle in Radialrichtung nach außen überragt, und – einem gitterförmigen Traggerüst (3), welches einen Steg (4) aufweist, der sich in den Zwischenraum zwischen den beiden Flanschen (5a, 6a) erstreckt und mit den beiden Flanschen fest verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) mit den beiden Flanschen (5a, 6a) unter Verwendung von Bolzen fest verbunden ist, wobei diese Bolzen durch Bohrungen der Flansche und des Steges geführt sind.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gitterförmige Traggerüst (3) mit einem Käfigblechpaket einer Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine fest verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gitterförmige Traggerüst (3) als Packvorrichtung für das Käfigblechpaket dient.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gitterförmige Traggerüst (3) mit den Polen einer Schenkelpolmaschine oder einer permanenterregten Synchronmaschine fest verbunden ist.
Elektrogroßantrieb, der einen Stator und einen Rotor mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Elektrogroßantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator und der Rotor ein gemeinsames Gehäuse (8) aufweisen.
Elektrogroßantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) horizontal und/oder vertikal geteilt ausgeführt ist.